JP2002113599A - サーボモータ駆動プレス - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 種々の径のパンチ工具を用いる場合に、サー
ボモータの能力を十分に発揮させ、大きな打ち抜きトル
クの必要な加工から、高速加工までを行えるようにす
る。 【解決手段】 パンチ工具１を駆動するラム６と、異な
る速度比を有するギヤ列１１，１２を有する変速手段８
を介してラム６を駆動するサーボモータ５とを備えたプ
レス機に適用する。サーボモータ５を制御するラム軸制
御手段２６と、変速手段８の使用するギヤ列１１，１２
に対応する制御定数をラム軸制御手段２６に与える制御
定数付与手段２７とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、プレス動作の駆
動源にサーボモータを用いるパンチプレス等のサーボモ
ータ駆動プレスに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般の機械式パンチプレスは、定速回転
するフライホイールの回転を、クラッチブレーキを介し
てクランク機構に伝達し、ラムの昇降動作に変換するも
のであり、ストローク途中で速度変更することができな
い。一方、騒音防止と高速パンチとの観点から、ストロ
ーク途中で速度を変更させる制御が望まれている。すな
わち、パンチ加工における騒音は、パンチ工具が実際に
ワークを打ち抜くときの速度を遅くすれば低下するが、
ストローク速度の低下はパンチ加工のサイクルタイムの
遅れを招く。そのため、ストローク途中の速度制御が望
まれる。ストローク速度の制御は、油圧式パンチプレス
では一般化されているが、油圧系統によってコスト高に
なる。このような課題を解消するものとして、近年、サ
ーボモータを駆動源とするサーボモータ駆動プレスが開
発され、実用化されている。サーボモータを用いると、
モータ回転速度の電気的な制御により、パンチ速度を自
由に変えることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、各種の径の
パンチ工具を用いた加工では、サーボモータの能力を十
分に生かすことができず、打ち抜きのためのトルク不足
になったり、パンチ加工速度の高速化が十分に図れない
場合がある。例えば、大径の工具でパンチ加工を行う場
合、必要な打ち抜きトルクが大きくなるため、モータ回
転速度を低下させる制御を行うが、回転速度を低下させ
ても、十分なトルクが得られない場合がある。また、サ
ーボモータを低速回転に適した仕様のものにすると、小
径のパンチ工具で高速パンチ加工を行いたい場合に、十
分な高速化が図れない。

【０００４】この発明の目的は、種々の径の工具を用い
る場合に、サーボモータの能力を十分に発揮させ、大き
な打ち抜きトルクの必要な加工から、高速加工までを行
えるようにしたサーボモータ駆動プレスを提供すること
である。この発明の他の目的は、実際に生じるトルクに
応じた適切なギヤ列の選択を行うことができるようにす
ることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明の構成を実施形
態に対応する図１と共に説明する。このサーボモータ駆
動プレスは、工具（１）を駆動するラム（６）と、この
ラム（６）を、異なる速度比を有するギヤ列（１１，１
２）を複数有する変速手段（８）を介して駆動するサー
ボモータ（５）と、このサーボモータ（５）を制御する
ラム軸制御手段（２６）と、前記変速手段（８）の使用
するギヤ列（１１，１２）に対応する制御定数を、前記
ラム軸制御手段（２６）に与える制御定数付与手段（２
７）とを備えたものである。このように、異なる速度比
のギヤ列を有する変速手段（８）を用いることにより、
大きなトルクの必要な場合は、減速する速度比の大きい
ギヤ列（１１，１２）を用い、サーボモータ（５）の最
大トルクの得られる回転速度で適切なパンチ速度の加工
を行うことができる。また、小径の工具（６）を用いる
場合は、速度比の小さいギヤ列（１１，１２）を用い、
高速のパンチ動作による効率の良い加工を行うことがで
きる。この場合に、制御定数付与手段（２７）は、選択
されるギヤ列（１１，１２）に応じた制御定数を与える
ため、ラム軸制御手段（２６）は適切な制御定数でサー
ボモータ（５）の制御を行うことができる。

【０００６】この発明において、前記制御定数付与手段
（２７）で与える制御定数として、サーボ定数を含むよ
うにすることが好ましい。サーボ定数は、ラム軸制御手
段（２６）の採用する制御形式によって異なるが、例え
ば、加減速時定数や、速度ゲイン、比例ゲイン、積分ゲ
イン等であり、可変とするのは、これらの一つであって
も複数であっても良い。サーボモータ（５）に連結され
るギヤ列（１１，１２）の速度比が変わると、パンチ動
作のための適切なサーボ定数が変わる。そのため、この
ように使用するギヤ列（１１，１２）に応じてサーボ定
数を変更することにより、適切なパンチ動作の制御が行
え、高品質の加工、および効率の良い加工が行える。

【０００７】この発明において、工具（１）の打ち抜き
トルクを前記サーボモータ（５）のトルクにより検出す
る検出手段（３６）、およびこの検出手段（３６）で検
出した打ち抜きトルクを記憶するトルク記憶手段（２
９）を設け、このトルク記憶手段（２９）に記憶された
打ち抜きトルクに応じて前記変速手段（８）のギヤ列
（１１，１２）の選択を行うギヤ列選択制御手段（２
５）を設けても良い。この構成の場合、実際にパンチ加
工を行ったときの打ち抜きトルクをトルク記憶手段（２
９）に記憶しておき、次に加工するときに、トルク記憶
手段（２９）に記憶された打ち抜きトルクに応じて変速
手段（８）のギヤ列（１１，１２）が選択される。その
ため、実際に生じるトルクに応じた適切なギヤ列（１
１，１２）の選択が行える。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を図１ない
し図３と共に説明する。このサーボモータ駆動プレス
は、パンチプレスであり、パンチ工具１およびダイ工具
２をそれぞれ設置した上下の工具支持体３，４と、サー
ボモータ５の駆動でパンチ工具１を駆動するラム６とを
備える。ラム６は、プレスフレーム（図示せず）に設け
られたラムガイド７に昇降自在に設置され、サーボモー
タ５の回転駆動により、変速手段８および回転・直線運
動変換機構９を介して昇降駆動される。回転・直線運動
変換機構９は、クランク機構等からなる。

【０００９】変速手段８は、ギヤ式のものであり、互い
に異なる速度比を有する第１のギヤ列１１と、第２のギ
ヤ列１２とを備え、外部からの指令で動作する切換機構
１０により、伝達するギヤ列１１，１２の切換が可能で
ある。各ギヤ列１１，１２は、平歯車の列であっても、
また遊星ギヤ等であっても良い。

【００１０】上下の工具支持体３，４は、タレットまた
はカートリッジからなり、複数のパンチ工具１およびダ
イ工具２をそれぞれ支持している。これら工具支持体
１，２の複数の工具３，４は、割出機構（図示せず）に
よる工具支持体３，４とラム６との相対的な移動によ
り、任意の工具１，２がラム６で駆動される位置に割出
可能である。加工対象となる板材Ｗは、ワーク送り機構
１３により、テーブル（図示せず）上を直交する２軸方
向に送り可能とされ、ラム６に対して位置決めされる。

【００１１】制御系を説明する。制御装置２１は、この
サーボモータ駆動プレスの全体を制御する手段であり、
コンピュータ式の数値制御装置およびプログラマブルコ
ントローラで構成される。制御装置２１は、加工データ
設定手段２２に記憶された加工プログラム２３に従って
制御するものであり、解読実行手段２４、ギヤ列選択制
御手段２５、ラム軸制御手段２６およびテーブル軸制御
手段２８を有し、この他に制御定数付与手段２７および
トルク記憶手段２９を有している。

【００１２】解読実行手段２４は、加工プログラム２３
の各指令を順次解読して、その指令を対応する各制御部
に転送し、または上記指令を加工した指令を与える手段
である。ここで言う各制御部は、例えばギヤ列選択制御
手段２５、ラム軸制御手段２６、テーブル軸制御手段２
８等や、各種のシーケンス制御等を行う手段である。テ
ーブル軸制御手段２８は、加工プログラム２３のテーブ
ル軸送り指令Ｆに従って、ワーク送り機構１３を制御す
る手段である。

【００１３】ギヤ列選択制御手段２５は、加工プログラ
ム２３の工具指令Ｔと、トルク記憶手段２９の記憶内容
とから、変速手段８の選択すべきギヤ列１１，１２を判
断し、その判断結果であるギヤ列選択指令を切換機構１
０に与える手段である。

【００１４】ラム軸制御手段２６は、加工プログラム２
３のラム軸送り指令Ｒに従って、サーボモータ５に移動
指令を与える手段である。ラム軸制御手段２６は、指令
生成部３０と、サーボコントローラ部３１とを有する。
指令生成部３０は、加工プログラム２３のラム軸送り指
令Ｒに対応して、サーボモータ５に何回転させるかの回
転指令、例えばパルス列を生成する手段である。ラム軸
送り指令Ｒの送り量に対するモータ回転数の指令量比
は、可変とされている。サーボコントローラ部３１は、
指令生成部３０で生成された回転指令を、可変設定され
るサーボ定数に従って制御する手段であり、例えばフィ
ードバック制御を行う。

【００１５】制御定数付与手段２７は、ラム軸制御手段
２６に、この手段２６の制御に用いる制御定数を与える
手段である。この制御定数には、ラム軸制御手段２６の
指令生成部３０に与える上記の指令量比と、サーボコン
トローラ部３１に与えるサーボ定数とがある。

【００１６】図２に示すように、制御定数付与手段２７
は、制御定数設定部３５と、この制御定数設定部３５に
設定された制御定数を入力に応じてラム軸制御手段２６
に与える制御定数付与処理部３７とを有する。制御定数
設定部３５には、対応指令量設定部３３と、サーボ定数
設定部３４とがある。対応指令量設定部３３は、各ギヤ
列１１，１２（図１）毎に、ラム軸送り指令Ｒの送り量
に対してサーボモータ５をどれだけ回転させるかの比率
である指令量比が設定されている。例えば、ギヤ列１
１，１２の減速比である速度比が２倍になると、指令量
比も２倍になる。サーボ定数設定部３５には、各ギヤ列
１１，１２毎に、サーボ定数が設定されている。サーボ
定数は、ラム軸制御手段２６の採用する制御形式によっ
て異なるが、例えば加減速時定数や、速度ゲイン、比例
ゲイン、積分ゲイン等である。

【００１７】図３に示すように、トルク記憶手段２９
は、各パンチ工具１を用いて実際に加工したときにサー
ボモータ５に生じたトルクを記憶する手段である。この
トルク記憶手段２９には、サーボモータ５のトルク検出
手段３６で測定されたトルク値が記憶される。トルク検
出手段３６は、トルク値が得られる手段であれば良く、
例えばサーボモータ５の電源系の電流計であっても良
い。

【００１８】上記構成の動作を説明する。加工プログラ
ム２３で加工する最初の一枚または試し加工時には、変
速手段８は、大トルクが得られるギヤ列１１を選択して
加工を行う。この加工時に、使用した全てのパンチ工具
１について、サーボモータ５のモータトルクをトルク検
出手段３６で検出して工具１毎にトルク記憶手段２９に
記憶しておく。次からの加工では、変速手段８のギヤ列
１１，１２の選択、およびその使用するギヤ列１１，１
２に対応する制御定数の選択が、次のように自動的にな
される。

【００１９】この自動選択機能を説明する。加工プログ
ラム２３の工具指令Ｔが解読実行手段２４で読み出され
ると、ギヤ列選択制御手段２５は、その工具指令Ｔで選
択するパンチ工具１に対応するモータトルクを、トルク
記憶手段２９から読み出し、ギヤ列選択制御手段２５に
予め選択基準として設定されているトルク値と比較し
て、変速手段８における所定のギヤ列１１，１２を選択
する。このギヤ列選択結果は、制御定数付与手段２７に
も伝達され、制御定数付与手段２７は、選択されたギヤ
列１１，１２に応じた制御定数である指令量比およびサ
ーボ定数を、ラム軸制御手段２６の指令生成部３０およ
びサーボコントローラ部３１に設定する。

【００２０】そのため、加工プログラム２２のラム軸送
り指令Ｒがラム軸制手段２６で実行されてラム６が昇降
駆動されるときは、サーボモータ５の回転は、変速手段
８の適切な速度比のギヤ列１１，１２を介してラム６に
伝達される。また、サーボモータ５は、使用するギヤ列
１１，１２に応じた指令量比およびサーボ定数を用いて
制御される。

【００２１】このように、このサーボモータ駆動プレス
は、制御定数付与手段２７が、選択される速度比のギヤ
列１１，１２に応じた制御定数を与えるため、ラム軸制
御手段２６は適切な制御定数でサーボモータ５の制御を
行うことができる。また、ギヤ列選択制御手段２５によ
り、実際に生じるトルクに応じた適切なギヤ列１１，１
２の選択を行うことができる。

【００２２】なお、前記実施形態では、ラム軸制御手段
２６は、加工プログラム２３のラム軸送り指令Ｒに従っ
て、サーボモータ５に移動指令を与えるようにしたが、
ラム軸制御手段２６は、所定の記憶手段（図示せず）に
登録された打ち抜きパターンの送り量と速度に従って、
サーボモータ５に移動指令を与えるようにしても良い。
その場合、制御装置２１は例えば次の動作となる。「工
具指令」−「金型判別（バルカン、ウレタン、成形、そ
の他）」−「金型毎の打ち抜きパターン（送り量）と速
度の読み込み」−「ラム軸制御手段２６への転送」すな
わち、加工プログラム２３の工具指令Ｔが制御装置２１
で読み出されると、制御装置２１は、工具指令Ｔの工具
の種類（例えば、ストリッパ形式がバネ式であるか、ウ
レタンゴム式であるか、また打ち抜き用工具であるか、
成形用工具であるか等の種類）を判別する。この判別結
果に応じて、金型種類毎に前記所定の記憶手段に記憶さ
れている打ち抜きパターンの送り量と速度のデータを読
み出し、そのデータをラム軸制御手段２６に転送する。
ラム軸制御手段２６は、このように与えられた送り量お
よび速度データに従って、サーボモータ５に指令を与え
る。ラム軸制御手段２６によるモータ駆動の開始は、上
記の送り量，速度のデータが転送されたときであって
も、加工プログラム２２に設けられたパンチ開始指令に
よって行うようにしても良い。ラム軸制御手段２６がこ
のような制御を行うものである場合も、制御定数付与手
段２７から与えられる制御定数、例えば指令量比やサー
ボ定数を用いて、ラム軸制御手段２６の制御動作が行わ
れる。

【００２３】

【発明の効果】この発明のサーボモータ駆動プレスは、
工具を駆動するラムと、このラムを、異なる速度比を有
するギヤ列を複数有する変速手段を介して駆動するサー
ボモータと、このサーボモータを制御するラム軸制御手
段と、前記変速手段の使用するギヤ列に対応する制御定
数をラム軸制御手段に与える制御定数付与手段とを備え
たため、種々の径の工具を用いる場合に、サーボモータ
の能力を十分に発揮させ、大きな打ち抜きトルクの必要
な加工から、高速加工までを行うことができる。前記制
御定数付与手段で与える制御定数として、サーボ定数を
含むようにした場合は、より一層、サーボモータの制御
を適切に行うことができる。工具の打ち抜きトルクを前
記サーボモータのトルクにより検出する検出手段、およ
びこの検出手段で検出した打ち抜きトルクを記憶するト
ルク記憶手段を設け、このトルク記憶手段に記憶された
打ち抜きトルクに応じて前記変速手段のギヤ列の選択を
行うギヤ列選択制御手段を設けた場合は、実際に生じる
トルクに応じた適切なギヤ列の選択を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態にかかるサーボモータ駆
動プレスの概念構成を示すブロック図である。

【図２】その制御定数付与手段の内部構成のブロック図
である。

【図３】そのトルク記憶手段の内部構成のブロック図で
ある。

【符号の説明】

１…パンチ工具 ５…サーボモータ ６…ラム ８…変速手段 ９…回転・直線運動変換機構 １０…切換機構 １１，１２…ギヤ列 ２１…制御装置 ２３…加工プログラム ２５…ギヤ列選択制御手段 ２６…ラム軸制御手段 ２７…制御定数付与手段 ２９…トルク記憶手段 ３０…指令生成部 ３１…サーボコントローラ部 ３３…対応指令量設定部 ３４…サーボ定数設定部 ３５…制御定数設定部 Ｔ…工具指令

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 工具を駆動するラムと、このラムを、異
   なる速度比を有するギヤ列を複数有する変速手段を介し
   て駆動するサーボモータと、このサーボモータを制御す
   るラム軸制御手段と、前記変速手段の使用するギヤ列に
   対応する制御定数をラム軸制御手段に与える制御定数付
   与手段とを備えたサーボモータ駆動プレス。
2. 【請求項２】 前記制御定数付与手段で与える制御定数
   として、サーボ定数を含む請求項１記載のサーボモータ
   駆動プレス。
3. 【請求項３】 工具の打ち抜きトルクを前記サーボモー
   タのトルクにより検出する検出手段、およびこの検出手
   段で検出した打ち抜きトルクを記憶するトルク記憶手段
   を設け、このトルク記憶手段に記憶された打ち抜きトル
   クに応じて前記変速手段のギヤ列の選択を行うギヤ列選
   択制御手段を設けた請求項１または請求項２記載のサー
   ボモータ駆動プレス。